三維結(jié)構碳材料的制備及其在儲能器件中的性能研究.pdf

1、近年來，隨著能源需求的持續(xù)增加以及人們對環(huán)境問題的關注，研究者們開始致力于研究清潔的可持續(xù)能源來替代傳統(tǒng)化石燃料。其中，電化學儲能受到越來越多的重視。鋰硫電池被認為是最有吸引力的下一代電化學儲能系統(tǒng)之一。并且，研究者們認為將正極材料硫“束縛”在一定納米結(jié)構碳材料從而抑制穿梭效應是解決鋰硫電池走向商用的有效途徑之一。此外，作為商用鋰離子電池首選的負極材料，碳基材料由于容量低和倍率性能差越來越無法滿足商業(yè)需求。本文通過制備多種三維結(jié)構碳材料

2、并運用到鋰硫電池和鋰離子電池中，提高電池容量和循環(huán)性能。主要完成工作如下:
　　首先，本文使用生物質(zhì)樹皮作為碳源，通過簡單的碳化過程制備出具有三維復合結(jié)構多孔碳，并且該碳材料還具有528 m2/g的比表面積。在不使用集流體、導電劑和粘合劑的情況下，我們制備了高載硫量的正極片并組裝成鋰硫電池。結(jié)果表明，該結(jié)構碳/硫電極在0.2 A/g電密度流下首次放電容量能達到1159 mAh/g。即使循環(huán)60次后，容量依然能達到608 mAh/g

3、，并且?guī)靷愋矢哂?8％，優(yōu)于大孔被破壞后的電極達到的容量410 mAh/g。
　　其次，本文使用三聚氰胺作為碳源，乙酸鈷作為固相模板，一步法固相合成原位氮摻雜中空碳納米微球(N-PHC)，并且該中空球同時擁有微孔和介孔結(jié)構。我們將該材料通過熱熔法與硫復合制備電極組裝成鋰硫電池，并進行表征與測試。結(jié)果表明該結(jié)構碳材料能很好吸附硫及其中間產(chǎn)物，從而有效提高鋰硫電池的容量和循環(huán)性能。N-PHC/S復合材料在0.5放電倍率下首次容量能達